KR20130132466A

KR20130132466A - 공기 타이어의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130132466A
Application number: KR1020137014544A
Authority: KR
Inventors: 무츠키 스기모토
Original assignee: 스미토모 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-12-04
Also published as: JP2012106403A; CN103228430A; CN103228430B; RU2013125329A; JP4944239B1; BR112013012361A2; US10046532B2; EP2623304B1; US20130220519A1; EP2623304A4; EP2623304A1; WO2012066816A1

Abstract

이너 라이너를 타이어 내측에 구비한 공기 타이어의 제조 방법에 있어서, 생 타이어의 성형은, (a) 이너 라이너의 폭방향 단부와 미가황 고무 시트의 폭방향 단부를 폭방향으로 서로 50mm ∼ 500mm 범위에서 어긋나게 하여 본딩하여 적층체를 제조하는 어셈블 공정과, (b) 상기 적층체를 드럼 폭에 대응하는 일정 길이로 절단하여 재단 시트를 제조하는 재단 공정과, (c) 상기 재단 시트를 그 재단면이 드럼의 둘레 방향이 되고, 이너 라이너가 내면측이 되도록 드럼 전체 둘레에 감아 이너 라이너의 단부와 미가황 고무 시트의 단부의 위치를 일정 거리 어긋나게 하여 접합하는 접합 공정을 가지며, 상기 이너 라이너는, 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체를 포함하고, 두께가 0.05mm ∼ 0.6mm인 제1 층과, 미가황 고무 시트측에 배치되고, 열가소성 엘라스토머로 이루어지며, 두께가 0.01mm ∼ 0.3mm인 제2 층의 복합층인 공기 타이어의 제조 방법.

Description

공기 타이어의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 공기 타이어의 제조 방법, 특히 이너 라이너의 성형 방법에 관한 것으로서, 카커스 플라이 등의 미가황 고무 시트와 이너 라이너와의 적층체를 제조하여 생 타이어를 성형하는 공정을 포함하는 공기 타이어의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 차의 저연비화에 대한 강한 사회적 요청이 있어 타이어의 경량화가 도모되고 있으며, 타이어 부재 중에서도 타이어의 내부에 배치되고, 공기 타이어 내부로부터 외부로의 공기의 누설을 저감하는 것이 요청되고 있는 공기 차단층으로서의 이너 라이너에 있어서도 그 경량화가 요구되고 있다.

현재, 공기 차단층용 고무 조성물은, 예를 들면 부틸 고무 70 ∼ 100질량% 및 천연 고무 30 ∼ 0질량%를 포함하는 부틸 고무를 주체로 하는 고무 배합을 사용함으로써 타이어의 내공기투과성을 향상시키는 것이 이루어지고 있다. 또한, 부틸 고무를 주체로 하는 고무 배합은 부틸렌 이외에 약 1질량%의 이소프렌을 포함하고, 이것이 황/가황 촉진제/아연화와 상호 작용을 하여 인접 고무층과의 분자간의 공가교를 가능하게 하고 있다. 상기 부틸계 고무는 통상의 배합으로는 승용차용 타이어에서는 0.6 ∼ 1.0mm, 트럭/버스용 타이어에서는 1.0 ∼ 2.0mm 정도의 두께가 필요해지는데, 타이어의 경량화를 도모하기 위해 부틸계 고무보다 내공기투과성이 뛰어나고, 공기 차단층의 두께를 보다 얇게 할 수 있는 폴리머가 요청되고 있다.

공기 타이어의 생 타이어의 성형에 있어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 이너 라이너(P)를 드럼(5A) 위에서 성형할 때, 이너 라이너 필름(P2)을 컨베어 위에서 미가황 이너 라이너 고무(P1)에 길이 방향의 양단 가장자리 위치를 가지런히 맞추어 미리 붙여 적층체로 하고, 상기 적층체의 이너 라이너 필름(P2)을 내면측으로 하여 밴드 위에 그 전체 둘레에 걸쳐 감아 적층체의 양단부를 둘레 위의 한 곳에서 중복시켜 접합부(PJ)를 형성하고, 그 후 스티칭 롤러를 이용하여 그 적층체의 접합부(PJ)를 가압하여 에어빼기를 수행하는 것이 일반적이다.

이러한 기술에서는 이너 라이너 필름(P2)과 미가황 이너 라이너 고무(P1)를 드럼 위에 감음에 있어서, 그들의 길이 방향의 양단 가장자리 위치를 가지런히 맞추어 미리 붙이므로 그 적층체의 양단부의 드럼 위에서의 중복 접합시에 드럼(5A) 위의 둘레 위에 형성되는 접합부(PJ)의 두께가 필연적으로 두꺼워진다. 따라서 접합부(PJ)에 스티칭 롤러를 실시해도 접합부(PJ) 사이에 에어가 잔류할 수 있고, 그 잔류 에어가 생 타이어의 가황 성형에 의해 팽창하면, 적층체(P)의 접합부(PJ)가 박리될 우려가 있었다.

게다가, 이 기술에서는 적층체(P)의 단부가 드럼(5A)의 둘레 위의 한 곳에서 접합부를 형성하기 때문에, 성형된 생 타이어의 이너 라이너의 접합부에 박리가 생긴 경우에는 인접하는 카커스 플라이의 손상을 초래할 수 있다.

종래 기술에 있어서, 공기 타이어의 경량화를 의도하여 이너 라이너에 열가소성 엘라스토머를 사용하는 것이 제안된 바 있다. 그러나 부틸계 고무의 이너 라이너보다 얇게 하고, 높은 내공기투과성을 갖는 재료는 이너 라이너에 인접하는 인슐레이션 고무나 카커스 플라이 고무와의 가황 접착력이 부틸계 고무의 이너 라이너보다 떨어지게 된다.

특히 이너 라이너의 접합부에서 접착력이 약하면, 주행 중에 접합부가 박리되어 타이어 내압이 저하하여 타이어의 버스트를 초래할 수가 있다. 또한 상기 접합부는 다른 부재가 내면에 노출되는 구조로 되기 때문에 에어 누설의 경로가 되어 타이어 내압 저하를 발생시키기 쉬워진다.

특허 문헌 1(일본 특허 공개 2009-208444호 공보)에는 이너 라이너 필름과 미가황 고무 시트를 연장 방향의 양단을 서로 어긋나게 한 상태에서 붙이고, 이 점착체를 드럼 위에 감아 미가황 타이어를 성형하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 연장 방향의 양단을 서로 어긋나게 하기 위해서는 각각 부재를 1장씩 정해진 치수로 커팅하고, 개별적으로 어긋나게 하여 본딩해야 하기 때문에 생산성이 저하할 가능성이 있다. 또한 본딩 방법에 따라서는 정밀도가 나빠져 필름 사이에 에어가 고임으로써 타이어 가황시에 손상을 주게 된다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2009-208444호 공보

본 발명은 이너 라이너와 카커스 플라이 등의 미가황 고무 시트와의 적층체를 성형 드럼 위에 감아 타이어를 성형하는 방법으로서, 상기 이너 라이너와 상기 미가황 고무 시트를 미리 적층하여 드럼에 감는다. 그 때, 상기 이너 라이너와 미가황 고무 시트는 서로 폭방향으로 어긋나게 하여 접착한 적층체를 제조한다. 그에 따라 드럼의 둘레 위의 접합부에서의 두께의 균일성을 높이고, 에어의 잔류를 방지하여 이너 라이너 및 카커스 플라이의 접합부의 박리도 유효하게 경감하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이너 라이너를 타이어 내측에 구비한 공기 타이어의 제조 방법에 있어서, 생 타이어의 성형은,

(a) 이너 라이너의 폭방향 단부와 미가황 고무 시트의 폭방향 단부를 폭방향으로 서로 50mm ∼ 500mm 어긋나게 하여 본딩하여 적층체를 제조하는 어셈블 공정과,

(b) 상기 적층체를 드럼 폭에 대응하는 일정 길이로 절단하여 재단 시트를 제조하는 재단 공정과,

(c) 상기 재단 시트를, 그 재단면이 드럼의 둘레 방향이 되고, 이너 라이너가 내면측이 되도록 드럼 전체 둘레에 감아, 이너 라이너의 단부와 미가황 고무 시트의 단부의 위치를 일정 거리 어긋나게 하여 접합하는 접합 공정을 가지며,

상기 이너 라이너는, 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체를 포함하고, 두께가 0.05mm ∼ 0.6mm인 제1 층과, 미가황 고무 시트측에 배치되고, 열가소성 엘라스토머로 이루어지며, 두께가 0.01mm ∼ 0.3mm인 제2 층의 복합층인 상기 공기 타이어의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 상기 어셈블 공정에 있어서, 이너 라이너의 폭과 미가황 고무 시트의 폭은 서로 다르고, 그들 폭방향의 양단부가 서로 중복하지 않도록 폭방향으로 어긋나게 하여 적층체를 제조하는 공기 타이어의 제조 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 상기 제2 층은 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체 및 스티렌-이소부틸렌 블록 공중합체의 적어도 어느 하나를 포함하는 열가소성 엘라스토머인 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 있어서 상기 미가황 고무 시트는 카커스 플라이인 것이 바람직하다.

본 발명은 SIBS를 포함하는 제1 층과 열가소성 엘라스토머의 제2 층의 복합층으로 이루어지는 이너 라이너와 미가황 고무 시트를 폭방향으로 서로 어긋나게 하여 적층하고, 그 적층체를 이너 라이너를 내면측으로 하여 드럼 위에 그 전체 둘레에 걸쳐 감고, 이너 라이너 및 미가황 고무 시트의 각각의 단부를 드럼의 둘레 방향으로 서로 이격시킨 위치에서 접합시킴으로써 이너 라이너의 접합부와 미가황 고무 시트의 접합부에서의 두께의 단차를 완화시킬 수 있다. 그리고 스티칭시에 그들 접합부의 에어를 확실하게 제거할 수 있어 잔류 에어에 기인하는 접합부의 박리를 경감할 수 있다.

또한 성형된 이너 라이너와 카커스 플라이 등의 미가황 고무 시트는 서로는 원주 방향으로 격리한 접합부가 형성되게 되므로 카커스 플라이의 접합부에 박리가 생겨도 이너 라이너에 의해 상기 박리 부분은 보강되기 때문에 제품 타이어의 손상 및 파손은 완화되게 된다.

특히 본 발명에 있어서 상기 이너 라이너는, 타이어 내측에 배치되며 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체로 이루어지고, 두께가 0.05mm ∼ 0.6mm인 제1 층과, 미가황 고무 시트측에 배치되고, 열가소성 엘라스토머로 이루어지며, 두께가 0.01mm ∼ 0.3mm인 제2 층의 복합층이기 때문에 인접하는 카커스 플라이의 고무와의 접착력이 강화된다. 그리고 카커스 플라이의 접합부가 박리된 경우의 이너 라이너에 의한 보강 효과는 높고, 한편 이너 라이너의 접합부가 박리된 경우의 카커스 플라이에 의한 보강 효과는 높다.

도 1은 어셈블 공정을 도시한 개략도이다.
도 2는 어셈블 공정의 개략을 도시한 사시도이다.
도 3은 재단 공정을 도시한 개략도이다.
도 4(a)는 적층체의 단면도, 도 4(b)는 적층체를 드럼에 감는 상태를 도시한 개략도이다.
도 5는 재단 공정을 도시한 개략도이다.
도 6(a)는 적층체의 단면도, 도 6(b)는 적층체를 드럼에 감는 상태를 도시한 개략도이다.
도 7은 종래의 이너 라이너의 성형 방법의 개략도이다.
도 8은 폴리머 적층체의 개략 단면도이다.
도 9는 공기 타이어의 개략 단면도이다.

본 발명은 이너 라이너를 타이어 내측에 구비한 공기 타이어의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은 이하의 생 타이어의 성형 공정으로 수행된다.

(a) 이너 라이너의 폭방향 단부와 미가황 고무 시트의 폭방향 단부를 폭방향으로 서로 50mm ∼ 500mm의 범위에서 어긋나게 하여 본딩하여 적층체를 제조하는 어셈블 공정.

(b) 상기 적층체를 드럼 폭에 대응하는 일정 길이로 절단하여 재단 시트를 제조하는 재단 공정.

(c) 상기 재단 시트를 그 재단면이 드럼 둘레 방향이 되고, 이너 라이너가 내면측이 되도록 드럼 전체 둘레에 감아 이너 라이너의 단부와 미가황 고무 시트의 단부의 위치를 일정 거리 어긋나게 하여 접합하는 접합 공정.

여기서, 본 발명의 공기 타이어의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

실시 형태 1

<어셈블 공정>

도 1은 어셈블 공정을 도시한 횡방향 개략도이고, 도 2는 어셈블 공정을 도시한 사시 개략도이다. 도 1 및 도 2에 있어서, 필름형의 이너 라이너(2)는 이형지로 피복된 상태에서 보관 롤(R1)로부터 제1 구동 롤러(R2)를 통해 화살표 방향으로 이송되어 박리 롤러(R3, R4)에서 이형지와 분리된다. 그리고, 이너 라이너(2)는 한 쌍의 칼렌더 롤(R7)로 이송된다.

한편, 미가황 고무 시트(3)는 제2 구동 롤러(R6)를 통해 한 쌍의 칼렌더 롤(R7)로 이송된다. 여기서, 이너 라이너(2)와 미가황 고무 시트(3)는 본딩되어 적층체(1)가 제조된다. 적층체(1)는 권취 롤(R8)에 권취되어 임시 보관되거나, 혹은 연속적으로 그 후의 재단 공정으로 이송된다. 여기서, 이너 라이너(2)와 미가황 고무 시트(3)는 실질적으로 동일한 폭의 것이 사용되고 있고, 이들 양단의 위치는 서로 어긋나 있으며, 거리(L)가 형성되어 있다.

여기서 어긋남 거리(L)는 50mm ∼ 500mm의 범위, 바람직하게는 100mm ∼ 300mm의 범위에서 조제된다. 어긋남 거리(L)가 50mm보다 작은 경우에는 미가황 고무 시트의 접합부와 이너 라이너의 접합부의 간격이 좁아져 접합부에서의 접착 불량이 발생하기 쉽기 때문이다. 한편, 어긋남 거리(L)가 500mm를 초과하면 드럼 위에서의 타이어 성형이 어려워진다.

또한, 이너 라이너는 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체로 이루어지고, 두께가 0.05mm ∼ 0.6mm인 제1 층과, 미가황 고무 시트측에 배치되고, 열가소성 엘라스토머로 이루어지며, 두께가 0.01mm ∼ 0.3mm인 제2 층의 복합층으로 구성되어 있다. 또한 이너 라이너의 폭은 타이어 사이즈에 의해 조정된다.

본 발명에서는 이너 라이너와 미가황 고무 시트는 롤을 이용하여 압착되기 때문에 공기 고임이 없고, 확실하게 밀착시킬 수 있으며, 또한 효율적이고 생산성이 좋다.

<재단 공정>

도 3은 재단 공정을 도시한 사시 개략도이다. 적층체(1)는 벨트 컨베이어에 의해 재단기로 권취 롤(R8)로부터 이송되거나, 또는 어셈블 공정으로부터 연속적으로 이송된다. 적층체(1)는 타이어의 사이즈에 따라 길이 방향으로 소정의 길이로 재단되어 재단 시트(4)가 제조된다. 또한 적층체의 재단은 나이프 커팅 등의 종래의 기술을 채용할 수 있다. 이 재단 시트(4)의, 재단 방향이 드럼의 원주 방향에, 길이 방향의 재단 길이가 드럼(5)의 폭방향에 대응하게 된다. 또한 이너 라이너의 길이는 타이어 사이즈에 의해 적절하게 조제된다.

<접합 공정>

도 4는 적층체의 접합 공정을 도시한 개략도이다. 여기서 도 4(a)는 재단 시트(4)의 단면도이고, 도 4(b)는 재단 시트(4)를 드럼(5) 위에 감는 방법을 도시한 개략도이다. 이너 라이너(2)가 드럼(5)의 표면에 인접하도록 적층체를 감는다. 여기서 이너 라이너의 단부(2a, 2b)가 서로 접합되어 접합부를 형성하는 위치와, 미가황 고무 시트의 단부(3a, 3b)가 서로 접합되어 접합부를 형성하는 위치는 서로 오프셋되게 된다.

<타이어의 성형/가황 공정>

전술한 바와 같이 접합 공정에서, 이너 라이너와 미가황 카커스 플라이의 적층체를 제조하고, 이를 드럼 형태로 원통형으로 형성한다. 접합 공정 후, 드럼 양단에 위치하는 적층체의 양단 부분을 비드 코어의 둘레에 되감은 후, 비드 코어끼리의 간격을 좁히면서 이너 라이너 및 미가황 카커스 플라이로 이루어지는 적층체의 중앙부를 팽출 변형시킨다. 이 작동에 따라 적층체의 중앙 부분에 벨트 부재, 트레드 고무 등을 붙이고, 사이드월, 비드 에이펙스 등의 다른 고무 부재도 추가로 붙여 생 타이어를 성형한다. 이와 같이 성형된 생 타이어를 금형에 투입하여 종래의 방법으로 가황함으로써 제품 타이어를 얻는다.

실시 형태 2

실시 형태 1에서는 이너 라이너(2)와 미가황 고무 시트(3)는 동일한 폭의 것을 사용했지만, 여기서는 이너 라이너(2)의 폭(W2)은 미가황 고무 시트(3)의 폭(W1)보다 넓게 형성되어 있다.

도 5는 재단 공정을 도시한 개략도이다. 적층체(1)는 벨트 컨베이어에 의해 재단기에 권취 롤(R8)로부터 이송되거나, 또는 어셈블 공정으로부터 연속적으로 이송된다. 적층체(1)는 타이어의 사이즈에 따라 길이 방향으로 소정의 길이로 재단되어 재단 시트(4)가 제조된다. 또한 적층체의 재단은 나이프 커팅 등의 종래의 기술을 채용할 수 있다. 이 재단 시트(4)의 재단 방향이 드럼의 원주 방향에, 한편 길이 방향의 재단 길이가 드럼(5)의 폭방향에 대응하게 된다.

도 6(a)는 적층체의 단면도, 도 6(b)는 적층체를 드럼에 감는 상태를 도시한 개략도이다. 여기서 드럼(5) 위에 이너 라이너(2)가 접하도록 감기고, 그 양단(2a, 2b)은 중복하도록 하여 접합부를 형성한다. 그 위에 인슐레이션 등의 미가황 고무 시트(3)의 양단(3a, 3b)을 접합하는 데에는 미가황 고무편(6)이 사용된다. 이 경우에 접합부는 2곳 형성되는데, 상기 이너 라이너와의 접합부 위치와 오프셋되어 있다.

<이너 라이너>

본 발명에 있어서 이너 라이너는 타이어 내측에 배치되는 제1 층과, 상기 카커스 플라이의 고무층과 접하도록 배치되는 제2 층으로 구성되어 있다. 상기 제1 층은 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체(이하, "SIBS"이라고도 함.)를 주체로 하는 열가소성 엘라스토머 조성물이고, 상기 제2 층은 열가소성 엘라스토머 조성물이다.

<제1 층>

상기 제1 층은 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체(SIBS)를 주체로 하는 열가소성 엘라스토머의 조성물로 이루어진다. SIBS의 이소부틸렌 블록 유래에 의해, SIBS로 이루어지는 폴리머 필름은 뛰어난 내공기투과성을 갖는다. 따라서, SIBS로 이루어지는 폴리머를 이너 라이너에 사용한 경우, 내공기투과성이 뛰어난 공기 타이어를 얻을 수 있다.

또한, SIBS는 방향족 이외의 분자 구조가 완전 포화임으로써 열화 경화가 억제되고, 뛰어난 내구성을 갖는다. 따라서, SIBS로 이루어지는 폴리머 필름을 이너 라이너에 사용한 경우, 내구성이 뛰어난 공기 타이어를 얻을 수 있다.

SIBS로 이루어지는 폴리머 필름을 이너 라이너에 적용하여 공기 타이어를 제조한 경우에는 내공기투과성을 확보할 수 있다. 따라서 할로겐화 부틸 고무 등과 같이 종래에 내공기투과성을 부여하기 위해 사용되어 온 고비중의 할로겐화 고무를 사용할 필요가 없고, 사용하는 경우에도 사용량의 저감이 가능하다. 이에 따라 타이어의 경량화가 가능하고 연비가 향상된다.

SIBS의 분자량은 특별히 제한은 없지만, 유동성, 성형화 공정, 고무 탄성 등의 관점에서 GPC 측정에 의한 중량 평균 분자량이 50,000 ∼ 400,000인 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 50,000 미만이면 인장 강도, 인장 연신율이 저하할 우려가 있고, 400,000을 초과하면 압출 가공성이 나빠질 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. SIBS는 내공기투과성과 내구성을 보다 양호하게 하는 관점에서 SIBS 중의 스티렌 성분의 함유량은 10 ∼ 30질량%, 바람직하게는 14 ∼ 23질량%인 것이 바람직하다.

상기 SIBS는 그 공중합체에 있어서 각 블록의 중합도는 고무 탄성과 취급(중합도가 10,000 미만에서는 액상이 됨)의 점에서 이소부틸렌에서는 10,000 ∼ 150,000 정도, 또한 스티렌에서는 5,000 ∼ 30,000 정도인 것이 바람직하다.

SIBS는 일반적인 비닐계 화합물의 리빙 양이온 중합법에 의해 얻을 수 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 소 62-48704호 공보 및 일본 특허 공개 소 64-62308호 공보에는 이소부틸렌과 다른 비닐 화합물과의 리빙 양이온 중합이 가능하고, 비닐 화합물에 이소부틸렌과 다른 화합물을 사용함으로써 폴리이소부틸렌계의 블록 공중합체를 제조할 수 있는 것이 개시되어 있다.

SIBS로 이루어지는 제1 층의 두께는 0.05 ∼ 0.6mm이다. 제1 층의 두께가 0.05mm 미만이면 폴리머 적층체를 이너 라이너에 적용한 생 타이어의 가황시에 제1 층이 프레스 압력으로 부서져 버려, 얻어진 타이어에서 에어 누설 현상이 생길 우려가 있다. 한편, 제1 층의 두께가 0.6mm를 초과하면 타이어 중량이 증가하고 저연비 성능이 저하한다. 제1 층의 두께는 0.05 ∼ 0.4mm인 것이 더 바람직하다. 제1 층은 SIBS를 압출 성형, 칼렌더 성형이라는, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머를 필름화하는 통상의 방법에 의해 필름화하여 얻을 수 있다.

상기 제1 층은 SIBS를 주체로 한다. 즉, 열가소성 엘라스토머 성분 중에 SIBS를 90질량% 이상 포함한다. 여기서 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 등을 사용할 수 있다.

<제2 층>

본 발명에 있어서, 제2 층은 열가소성 엘라스토머, 특히 스티렌계 열가소성 엘라스토머 조성물로 구성된다. 여기서 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 하드 세그멘트로서 스티렌 블록을 포함하는 공중합체를 말한다. 예컨대, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체(이하, "SIS"라고도 함.), 스티렌-이소부틸렌 블록 공중합체(이하, "SIB"라고도 함.), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(이하, "SBS"라고도 함.), 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체(이하, "SIBS"라고도 함.), 스티렌-에틸렌 부텐-스티렌 블록 공중합체(이하, "SEBS"라고도 함.), 스티렌-에틸렌 프로필렌-스티렌 블록 공중합체(이하, "SEPS"라고도 함.), 스티렌-에틸렌 에틸렌 프로필렌-스티렌 블록 공중합체(이하, "SEEPS"라고도 함.), 스티렌-부타디엔 부틸렌-스티렌 블록 공중합체(이하, "SBBS"라고도 함.)가 있다.

또한, 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 그 분자 구조에 있어서 에폭시기를 가져도 좋으며, 예컨대, 다이셀 화학 공업(주)사 제조, 에포프렌드 A1020(중량 평균 분자량이 10만, 에폭시 당량이 500)의 에폭시 변성 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체(에폭시화 SBS)를 사용할 수 있다.

제2 층에 사용되는 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머 중, 특히 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 및 SIB가 적합하다. SIS의 이소프렌 블록은 소프트 세그멘트이기 때문에 SIS로 이루어지는 폴리머 필름은 고무 성분과 가황 접착하기 쉽다. 따라서, SIS로 이루어지는 폴리머 필름을 이너 라이너에 사용한 경우, 상기 이너 라이너는, 예를 들면 카커스 플라이의 고무층과의 접착성이 뛰어나기 때문에 내구성이 뛰어난 공기 타이어를 얻을 수 있다.

상기 SIS의 분자량은 특별히 제한은 없지만, 고무 탄성 및 성형성의 관점에서 GPC 측정에 의한 중량 평균 분자량이 100,000 ∼ 290,000인 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 100,000 미만이면 인장 강도가 저하할 우려가 있고, 290,000을 초과하면 압출 가공성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않다. SIS 중의 스티렌 성분의 함유량은 점착성, 접착성 및 고무 탄성의 관점에서 10 ∼ 30질량%가 바람직하다.

본 발명에 있어서, SIS에서의 각 블록의 중합도는 고무 탄성과 취급의 관점에서 이소프렌에서는 500 ∼ 5,000 정도, 또한 스티렌에서는 50 ∼ 1,500 정도 인 것이 바람직하다.

상기 SIS는 일반적인 비닐계 화합물의 중합법에 의해 얻을 수 있으며, 예컨대, 리빙 양이온 중합법에 의해 얻을 수 있다. SIS층은 SIS를 압출 성형, 칼렌더 성형이라는, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머를 필름화하는 통상의 방법에 의해 필름화하여 얻을 수 있다.

스티렌-이소부틸렌 블록 공중합체(SIB)의 이소부틸렌 블록은 소프트 세그멘트이기 때문에 SIB로 이루어지는 폴리머 필름은 고무 성분과 가황 접착하기 쉽다. 따라서, SIB로 이루어지는 폴리머 필름을 이너 라이너에 사용한 경우, 상기 이너 라이너는 예를 들면 카커스나 인슐레이션을 형성하는 인접 고무와의 접착성이 뛰어나기 때문에 내구성이 뛰어난 공기 타이어를 얻을 수 있다.

SIB로는 직쇄형의 것을 사용하는 것이 고무 탄성 및 접착성의 관점에서 바람직하다. SIB의 분자량은 특별히 제한은 없지만, 고무 탄성 및 성형성의 관점에서 GPC 측정에 의한 중량 평균 분자량이 40,000 ∼ 120,000인 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 40,000 미만이면 인장 강도가 저하할 우려가 있고, 120,000을 초과하면 압출 가공성이 나빠질 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

SIB 중의 스티렌 성분의 함유량은 점착성, 접착성 및 고무 탄성의 관점에서 10 ∼ 35질량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, SIB에서의 각 블록의 중합도는 고무 탄성과 취급의 관점에서 이소부틸렌에서는 300 ∼ 3,000 정도, 또한 스티렌에서는 10 ∼ 1,500 정도인 것이 바람직하다.

상기 SIB는 일반적인 비닐계 화합물의 리빙 중합법에 의해 얻을 수 있으며, 예컨대, 교반기에 메틸시클로헥산, n-부틸클로라이드, 쿠밀클로라이드를 가하고, -70℃로 냉각한 후 2시간 반응시키고, 그 후에 대량의 메탄올을 첨가하여 반응을 정지시키고, 60℃에서 진공 건조하여 SIB를 제조할 수 있다.

SIB층은 SIB를 압출 성형 또는 칼렌더 성형 등의, 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 필름화하는 통상의 방법에 의해 성형할 수 있다. 제2 층의 두께는 0.01mm ∼ 0.3mm가 바람직하다. 여기서 제2 층의 두께란, 예컨대 제2 층이 SIS층, SIB 등의 한층으로만 이루어지는 경우에는 그 두께를 말한다. 한편, 제2 층이 예컨대, SIS층 및 SIB층 등을 포함하는 2층 혹은 3층인 경우에는 이들 층의 총 두께를 의미한다. 제2 층의 두께가 0.01mm 미만이면 폴리머 적층체를 이너 라이너에 적용한 생 타이어의 가황시에 제2 층이 프레스 압력으로 부서져 버려 가황 접착력이 저하할 우려가 있다. 한편, 제2 층의 두께가 0.3mm를 초과하면 타이어 중량이 증가하여 저연비 성능이 저하할 가능성이 있다. 제2 층의 두께는 0.05 ∼ 0.2mm인 것이 더 바람직하다.

또한, 제2 층은 SIS층과 SIB층의 복합층으로 구성되는 것이 바람직한데, 제1 층과 SIS층 사이, 제1 층과 SIB층 사이 또는 SIS층과 SIB층 사이에 제3 층으로서 우레탄 고무, 실리콘 고무로 이루어지는 필름을 더 배치할 수 있다.

<폴리머 적층체>

본 발명에서 이너 라이너는 제1 층과 제2 층의 복합층으로 구성되는 폴리머 적층체가 사용된다. 여기서 제1 층, 제2 층은 열가소성 엘라스토머 조성물이며, 가황 온도, 예컨대 150℃ ∼ 180℃에서 금형 중에서 연화 상태에 있다. 연화 상태란 분자 운동성이 향상되어 고체와 액체의 중간 상태를 의미한다. 또한, 열가소성 엘라스토머 조성물이 연화 상태에서는 고체 상태보다 반응성이 향상되기 때문에 인접하는 부재와 점착, 접착한다. 따라서, 열가소성 엘라스토머의 형상 변화나 인접 부재와의 점착, 융착을 방지하기 위해 타이어의 제조시에는 냉각 공정을 필요로 한다. 냉각 공정은 타이어 가황 후에 10 ∼ 300초 동안, 50 ∼ 120℃로 급냉하고, 블래더부 안을 냉각한다. 냉각 매체로는 공기, 수증기, 물 및 오일에서 선택되는 1종 이상이 사용된다. 이러한 냉각 공정을 채용함으로써 이너 라이너를 0.05 ∼ 0.9mm의 범위의 얇은 이너 라이너로 형성할 수 있다.

<타이어의 구조>

본 발명은 타이어 내측에 이너 라이너를 구비한 공기 타이어를 도면을 참조하여 설명한다. 도 8은 공기 타이어의 우측 절반의 개략 단면도이다. 도면에서 공기 타이어(11)는, 트레드부(12)와, 상기 트레드부 양단으로부터 토로이드 형상을 형성하도록 사이드월부(13)와 비드부(14)를 가지고 있다. 또한, 비드부(14)에는 비드 코어(15)가 매설된다. 또한, 한 쪽의 비드부(14)로부터 다른 쪽의 비드부에 걸쳐 설치되고, 양단을 비드 코어(15)의 둘레에 되감아 고정시킨 카커스 플라이(16)와, 상기 카커스 플라이(16)의 크라운부 외측에 적어도 2장의 플라이로 이루어지는 벨트층(17)이 배치되어 있다.

상기 벨트층(17)은 통상적으로 스틸 코드 또는 아라미드 섬유 등의 코드로 이루어지는 플라이 2장을 타이어 둘레 방향에 대해 코드가 통상 5 ∼ 30°의 각도가 되도록 플라이 사이에서 서로 교차하도록 배치된다. 또한 벨트층의 양단 외측에는 토핑 고무층을 설치하여 벨트층 양단의 박리를 경감할 수 있다. 또한 카커스 플라이는 폴리에스테르, 나일론, 아라미드 등의 유기 섬유 코드가 타이어 둘레 방향으로 대략 90°로 배열되어 있고, 카커스 플라이와 그 접힘부에 에워싸이는 영역에는 비드 코어(15)의 상단으로부터 사이드월 방향으로 연장되는 비드 에이펙스(18)가 배치된다. 또한 상기 카커스 플라이(16)의 타이어 반경 방향 내측에는 한 쪽의 비드부(14)로부터 다른 쪽의 비드부(14)에 걸친 이너 라이너(19)가 배치되어 있다.

다음 이너 라이너의 가황 타이어에 있어서 카커스 플라이와의 배치 상태를 도 9에서 구체적으로 도시한다. 도 9(a)에서, 폴리머 적층체(PL)는 제1 층(PL1), 및 제2 층으로서의 SIS 주체층(PL2)으로 구성된다. 상기 폴리머 적층체(PL)를 공기 타이어의 이너 라이너에 적용하는 경우, SIS 주체층(PL2)이 카커스 플라이(61)에 접하도록 타이어 반경 방향 외측을 향해 설치하면, 타이어의 가황 공정에서 SIS 주체층(PL2)과 카커스(61)와의 접착 강도를 높일 수 있다. 따라서 얻어진 공기 타이어는 이너 라이너와 카커스 플라이(61)의 고무층이 양호하게 접착되어 있기 때문에 뛰어난 내공기투과성 및 내구성을 가질 수 있다.

도 9(b)에서, 폴리머 적층체(PL)는 제1 층(PL1) 및 제2 층으로서의 SIB 주체층(PL3)으로 구성된다. 상기 폴리머 적층체(PL)를 공기 타이어의 이너 라이너에 적용하는 경우, SIB 주체층(PL3)의 면을 카커스 플라이(61)에 접하도록 타이어 반경 방향 외측을 향해 설치하면, 타이어의 가황 공정에서 SIB 주체층(PL3)과 카커스(61)와의 접착 강도를 높일 수 있다. 따라서 얻어진 공기 타이어는 이너 라이너와 카커스 플라이(61)의 고무층이 양호하게 접착되어 있기 때문에 뛰어난 내공기투과성 및 내구성을 가질 수 있다.

도 9(c)에서, 폴리머 적층체(PL)는 제1 층(PL1), 제2 층으로서의 SIS 주체층(PL2) 및 SIB 주체층(PL3)이 상기한 순서로 적층되어 구성된다. 상기 폴리머 적층체(PL)를 공기 타이어의 이너 라이너에 적용하는 경우, SIB 주체층(PL3)의 면을 카커스 플라이(61)에 접하도록 타이어 반경 방향 외측을 향해 설치하면, 타이어의 가황 공정에서 SIB 주체층(PL3)과 카커스 플라이(61)와의 접착 강도를 높일 수 있다. 따라서 얻어진 공기 타이어는 이너 라이너와 카커스 플라이(61)의 고무층이 양호하게 접착되어 있기 때문에 뛰어난 내공기투과성 및 내구성을 가질 수 있다.

도 9(d)에서, 폴리머 적층체(PL)는 제1 층(PL1), 제2 층으로서의 SIB 주체층(PL3) 및 SIS 주체층(PL2)이 상기한 순서로 적층되어 구성된다. 상기 폴리머 적층체(PL)를 공기 타이어의 이너 라이너에 적용하는 경우, SIS 주체층(PL2)의 면을 카커스 플라이(61)에 접하도록 타이어 반경 방향 외측을 향해 설치하면, 타이어의 가황 공정에서 SIS 주체층(PL2)과 카커스 플라이(61)와의 접착 강도를 높일 수 있다. 따라서 이너 라이너와 카커스 플라이(61)의 고무층이 양호하게 접착되어 있기 때문에 뛰어난 내공기투과성 및 내구성을 가질 수 있다.

<공기 타이어의 제조 방법>

본 발명의 공기 타이어는 일반적인 제조 방법을 이용할 수 있다. 상기 폴리머 적층체(PL)를 이용하여 이너 라이너를 제조한다. 공기 타이어(1)의 생 타이어에 상기 이너 라이너를 적용하여 다른 부재와 함께 가황 성형함으로써 제조할 수 있다. 폴리머 적층체(PL)를 생 타이어에 배치할 때에는 폴리머 적층체(PL)의 제2 층인 SIS 주체층(PL2) 또는 SIB 주체층(PL3)이 카커스 플라이(61)에 접하도록 타이어 반경 방향 외측을 향해 배치한다. 이와 같이 배치하면, 타이어 가황 공정에서 SIS 주체층(PL2) 또는 SIB 주체층(PL3)과 카커스(6)와의 접착 강도를 높일 수 있다. 얻어진 공기 타이어는, 이너 라이너와 카커스 플라이(61)의 고무층이 양호하게 접착되어 있기 때문에 뛰어난 내공기투과성 및 내구성을 가질 수 있다.

실시예

<폴리머 적층체>

본 발명의 이너 라이너에 사용되는, 제1 층 및 제2 층으로 이루어지는 폴리머 적층체의 제조에 사용한 스티렌계 열가소성 엘라스토머(SIB, SIBS 및 SIS)는 이하와 같이 조정했다.

[SIB]

교반기를 구비한 2L 반응 용기에 메틸시클로헥산(분자체로 건조한 것) 589mL, n-부틸클로라이드(분자체로 건조한 것) 613ml, 쿠밀 클로라이드 0.550g을 가했다. 반응 용기를 -70℃로 냉각한 후, α-피콜린(2-메틸피리딘) 0.35mL, 이소부틸렌 179mL를 첨가했다. 4염화 티타늄 9.4mL를 더 가하여 중합을 시작하고, -70℃에서 용액을 교반하면서 2.0 시간 반응시켰다. 다음, 반응 용기에 스티렌 59mL를 첨가하고, 60분 동안 반응을 더 계속한 후, 대량의 메탄올을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 반응 용액으로부터 용제 등을 제거한 후에 중합체를 톨루엔에 용해하여 2회 수세했다. 이 톨루엔 용액을 메탄올 혼합물에 가하여 중합체를 침전시키고, 얻어진 중합체를 60℃에서 24시간 건조함으로써 스티렌-이소부틸렌 디블록 공중합체를 얻었다(스티렌 성분 함유량: 15질량%, 중량 평균 분자량: 70,000).

[SIBS]

가네카(주)사 제조의 "시브스타 SIBSTAR 102(쇼어 A 경도 25, 스티렌 성분 함유량 25질량%, 중량 평균 분자량: 100,000)"을 사용했다.

[SIS]

크레이튼 폴리머사 제조의 D1161JP(스티렌 성분 함유량 15질량%, 중량 평균 분자량: 150,000)를 사용했다.

<이너 라이너의 제조 방법>

상기 SIBS, SIS 및 SIB 등의 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 2축 압출기(스크류 직경: φ50mm, L/D: 30, 실린더 온도: 220℃)로 펠릿화했다. 그 후, T다이 압출기(스크류 직경: φ80mm, L/D: 50, 다이 갭 폭: 500mm, 실린더 온도: 220℃, 필름 게이지: 0.3mm)로 이너 라이너를 제작했다.

<미가황 고무 시트>

본 발명에서 미가황 고무 시트는 카커스 플라이를 사용했으며, 그 토핑 고무의 배합은 이하와 같다.

<토핑 고무의 배합 A>

천연 고무(주 1) 100질량부

카본 블랙(주 2) 50질량부

아연화(주 3) 3질량부

노화 방지제(주 4) 0.2질량부

황(주 5) 1질량부

가황 촉진제(주 6) 1질량부

가황 조제(주 7) 1질량부

(주 1) TSR20

(주 2) 도카이 카본(주)사 제조 "씨스트 V"(N660, N2SA: 27m²/g)

(주 3) 산화 아연(ZnO): 미쓰이 금속 광업(주)사 제조 "아연화 1호"

(주 4) 오우치 신흥 화학사 제조 "노클락 6C"

(주 5) 쓰루미 화학 공업(주)사 제조 "분말 황"

(주 6) 오우치 신흥 화학사 제조 "녹셀러 DM"

(주 7) 스테아린산: 카오(주)사 제조, "스테아린산 루낙 S30"

<공기 타이어의 제조>

본 발명의 공기 타이어의 제조를 전술한 어셈블 공정, 재단 공정, 접합 공정에 의거하여 실시했다. 상세하게는 표 1에 나타낸 바와 같이 비교예, 실시예의 공기 타이어를 제조했다. 또한 가황은 170℃에서 20분 동안 프레스 성형하고, 가황 금형에서 꺼내지 않고 100℃에서 3분 동안 냉각한 후, 가황 타이어에서 꺼내 도 8에 도시한 기본 구조를 갖는 195/65R15 사이즈의 것을 제조했다.

실시예 1, 2는 도 4에 의거한 이너 라이너와 카커스 플라이의 어긋남 거리(량)(L)가 각각 50mm, 500mm인 경우, 실시예 3은 도 6에 의거한 이너 라이너와 카커스 플라이의 어긋남 거리(량)(L)가 250mm인 경우의 예이다. 비교예 1 ∼ 3은 어긋남 거리(량)(L)가 각각 0, 40mm, 600mm이다. 실시예 1, 2 및 3은 모두 에어인(air-in) 성능, 굴곡 균열 성장성, 구름 저항성 및 정적 공기 저하율의 종합적 판정이 뛰어나다.

<성능 시험>

전술한 바와 같이 제조된 공기 타이어에 관해 이하의 방법으로 성능 평가를 실시했다.

<에어인 성능>

가황 후의 타이어 내측을 외관으로 검사하고, 그 평가를 이하와 같이 했다.

A: 외관상 타이어 하나 당 직경 5mm 이하인 에어인의 수가 0개, 직경 5mm를 초과하는 에어인의 수가 0개인 경우

B: 외관상 타이어 하나 당 직경 5mm 이하인 에어인의 수가 1 ∼ 3개, 직경 5mm를 초과하는 에어인의 수가 0개인 경우

C: 외관상 타이어 하나 당 직경 5mm 이하인 에어인의 수가 4개 이상, 직경 5mm를 초과하는 에어인의 수가 1개 이상인 경우

<굴곡 균열 성장성>

내구 주행 시험은 이너 라이너가 깨지거나 박리되는지 여부로 평가했다. 시험 제작 타이어를 JIS 규격 림(rim) 15×6JJ에 장착하고, 타이어 내압은 150KPa로서 통상보다 저내압으로 설정하고, 하중은 600kg, 속도 100km/h, 주행 거리 20,000km로 타이어의 내부를 관찰하고, 이너 조인트의 균열, 벗겨짐을 관찰했다.

양호: 이너 조인트에 기인하는 균열, 벗겨짐이 없음.

불량: 이너 조인트에 기인하는 균열, 벗겨짐의 발생이 있음.

<구름 저항 지수>

(주)고베 제강소 제조의 구름 저항 시험기를 이용하여 시험 제작 타이어를 JIS 규격 림 15×6JJ에 장착하고, 하중 3.4kN, 공기압 230kPa, 속도 80km/h의 조건으로 실온(30℃)에서 주행시켜 구름 저항을 측정했다. 그리고, 하기의 계산식에 의거하여 비교예 1을 기준 100으로 하여 실시예의 구름 저항 변화율(%)을 지수로 표시했다. 구름 저항 변화율이 클수록 구름 저항이 저감되어 있음을 나타낸다.

구름 저항 지수=(비교예 1의 구름 저항)/(실시예의 구름 저항)×100

<정적 공기압 저하율>

시험 제작 타이어를 JIS 규격 림 15×6JJ에 장착하고, 초기 공기압 300kPa를 밀봉 주입하고, 90일간 실온에서 방치하고, 공기압의 저하율을 계산한다. 수치가 작을수록 공기압이 잘 감소되지 않아 바람직하다.

<종합 판정>

판정 A는 다음 조건을 모두 만족시킨 것을 말한다.

(a) 에어인 성능이 A 평가

(b) 굴곡 균열 성장성이 "양호" 평가

(c) 구름 저항 변화율이 100 이상

(d) 정적 공기압 저하율(%/월간)이 2.6 이하

판정 B는 다음 조건 중 어느 하나를 만족시키는 경우를 말한다. 복수 개의 판정에 해당하는 경우에는 평가가 낮은 쪽을 채용했다.

(a) 에어인 평가가 B 또는 C 평가

(b) 굴곡 균열 성장성이 "불량" 평가

(c) 구름 저항 변화율이 100보다 낮음

(d) 정적 공기압 저하율(%/월간)이 2.7 이상

본 발명의 공기 타이어의 제조 방법은 승용차용 공기 타이어 외에 트럭/버스용, 중기용 등의 공기 타이어의 제조 방법에 적용할 수 있다.

1…적층체,
2…이너 라이너,
3…미가황 고무 시트,
4…재단 시트,
5…드럼,
L…어긋남 거리(량),
11…공기 타이어,
12…트레드부,
13…사이드월부,
14…비드부,
15…비드 코어,
16…카커스 플라이,
17…벨트층,
18…비드 에이펙스,
19…이너 라이너,
PL…폴리머 적층체,
PL1…제1 층,
PL2…SIS 주체층,
PL3…SIB 주체층.

Claims

이너 라이너를 타이어 내측에 구비한 공기 타이어의 제조 방법에 있어서, 생 타이어의 성형은,
(a) 이너 라이너의 폭방향 단부와 미가황 고무 시트의 폭방향 단부를 폭방향으로 서로 50mm ∼ 500mm 어긋나게 하여 본딩하여 적층체를 제조하는 어셈블 공정과,
(b) 상기 적층체를 드럼 폭에 대응하는 일정 길이로 절단하여 재단 시트를 제조하는 재단 공정과,
(c) 상기 재단 시트를, 그 재단면이 드럼의 둘레 방향이 되고, 이너 라이너가 내면측이 되도록 드럼 전체 둘레에 감아, 이너 라이너의 단부와 미가황 고무 시트의 단부의 위치를 일정 거리 어긋나게 하여 접합하는 접합 공정을 가지며,
상기 이너 라이너는, 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체를 포함하고, 두께가 0.05mm ∼ 0.6mm인 제1 층과, 미가황 고무 시트 측에 배치되며 열가소성 엘라스토머로 이루어지고, 두께가 0.01mm ∼ 0.3mm인 제2 층의 복합층인 공기 타이어의 제조 방법.
제1항에 있어서, 어셈블 공정에 있어서, 이너 라이너의 폭과 미가황 고무 시트의 폭은 서로 다르고, 그들 폭방향의 양단부가 서로 중복하지 않도록 폭방향으로 어긋나게 하여 적층체를 제조하는 공기 타이어의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 층은, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체 및 스티렌-이소부틸렌 블록 공중합체의 적어도 어느 하나를 포함하는 열가소성 엘라스토머인 공기 타이어의 제조 방법.
제1항에 있어서, 미가황 고무 시트는 카커스 플라이인 공기 타이어의 제조 방법.